Dehnungsvergrösserung

Die Dehnungsvergrösserung ist ein Phänomen, das bei faserverstärkten Kunststoffen auftritt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass bei Belastung quer zur Faser die Matrix einen grösseren Teil der Dehnung als die Faser übernimmt.

Die Dehnungsvergrösserung ist ein wichtiges Problem von faserverstärkten Kunst-stoffen (z.B. glasfaserverstärkter Kunststoff), da sie die Querzugfestigkeit des Verbunds herabsetzt. Die Dehnungsvergrösserung beeinflusst die Festigkeit eines faserverstärkten Kunststoffes und nicht dessen Steifigkeit. Die Dehnungsvergrö-sserung steigt mit dem Faservolumenanteil.


Mikromechanische Erklärung
In Richtung quer zur Faser liegt mechanisch eine Parallelschaltung der Steifigkeiten vor. Die Verstärkungsfasern haben in der Regel auch quer zur Faser einen höheren Elastizitätsmodul als die umgebende Matrix.

Bei einer aufgeprägten, äusseren Dehnung ε_gesamt ist der Anteil der Dehnung der Faser ε_Faser wesentlich geringer als die der Matrix ε_Matrix.. Dies ist im ungünstigen Verhältniss der Elastizitätsmoduln begründet.

Aus der Dehnungsvergrösserung in der Matrix resultiert eine örtliche Spannungs-überhöhung. Sie ist Grund für die niedrige Festigkeit von faserverstärkten Kunststoffen quer zur Faserrichtung. Die Dehnungsvergrösserung steigt mit dem Faservolumenanteil an.


Auswirkungen
Verstärkungsfasern, die in Querrichtung besonders steif sind, erzeugen eine starke Dehnungsvergrösserung. Insbesondere ist hier die isotrope Glasfaser zu nennen. Fasern mit einem niedrigen Modul quer zur Faser, wie die Kohlenstoffaser, haben eine wesentlich geringere Dehnungsüberhöhung, was sich in einer höheren Querzugfestigkeit im Verbund ausdrückt.

Hat ein reines Epoxidharz noch eine Zugfestigkeit von etwa R_Harz = 90N / mm² so sinkt die Querzugfestigkeit im Verbund mit Glasfasern auf etwa die Hälfte ab.